CN102850182A - 粗甲醇合成系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种粗甲醇合成系统。粗甲醇合成系统包括：浆态床反应器，在浆态床反应器中反应气在催化剂作用下产生生成气；旋风分离器，与浆态床反应器之间具有生成气输送管线和催化剂回流管线；惰性溶剂回收系统，设置在浆态床反应器与旋风分离器之间的生成气输送管线的延伸管线上，且与浆态床反应器之间具有惰性溶剂回流管线；粗甲醇回收系统，与惰性溶剂回收系统相连通并处理来自惰性溶剂回收系统的生成气得到分离的粗甲醇和循环气，且粗甲醇回收系统与浆态床反应器之间具有供至少部分循环气进入浆态床反应器的进气管线。本发明的粗甲醇合成系统避免了催化剂的浪费以及对装置的堵塞；在浆态床反应器中催化剂与反应气充分接触提高甲醇产率。

Description

粗甲醇合成系统

技术领域

本发明涉及甲醇合成领域，具体而言，涉及一种粗甲醇合成系统。

背景技术

在甲醇生产过程中，常常因为合成反应器内的催化剂床层温度不均、或反应温度过高、或过反应温度过低、或反应气中甲醇含量过高，导致副产物过多，如甲烷和蜡质等。一方面蜡质会降低甲醇水冷器的换热效果、降低甲醇分离器的分离效果，从而使循环气中夹带甲醇，进而降低了合成塔的单程转化率；另一方面蜡质粘在管道和塔板上，会减小流通面积，甚至造成堵塞；而且，到下游装置后，一旦温度降低，粗甲醇中的蜡就会冷凝出来，影响到下游装置的正常生产。

对于由加压下甲胺、甲醚、甲醇合成、氨合成和CO变换这类气固相放热催化反应，随着反应的进行，不断放出的反应热使催化剂床层温度提高。为了减少副产物和提高反应器的效率，需要把反应热移出以使反应温度处于一个合理的范围。

在工业反应器中，曾广为使用的一种是多段绝热反应器，两段之间用原料气激冷来降低反应气温度，这种反应器因原料气激冷时在降低反应气温度的同时也降低了反应物浓度，影响了合成效率。另一种是用于甲醇合成的Lurgi公司的列管式反应器，在壳体中有上下管板以及位于管板之间的多根圆管，管中装有催化剂，原料气从上部进气口进入分布到各管中，在管内装设的触媒层中合成甲醇，管间侧面进水，圆管内的热量使管间水沸腾从而连续移出热量，水沸腾产生的蒸汽由侧面管出，反应气由底部出气管出塔。该塔温差小，但触媒装填系数小，反应效率低。

目前，应用较为广泛的是DAVY公司开发的甲醇合成技术。如图1所示，催化剂装填在反应器的壳侧，管内产生中压蒸汽；新鲜的反应气从反应器底部的中心管301’进入；气体沿径向从内到外通过反应器的催化剂床层；从汽包来的锅炉水由换热管302’进入反应器的底部然后向上流动并部分汽化带走甲醇合成反应所产生的反应热；反应温度通过控制管内蒸汽的压力来调节。

目前，DAVY技术合成甲醇流程如图2所示，合成新鲜气进入合成气压缩机1’进行压缩，经过合成气压缩机1’增压后大部分新鲜气与第二甲醇分离器5’来的循环气混合形成混合气；然后混合气先在第一合成回路中间换热器2’中预热后进入第一合成塔3’，在第一合成塔内3’，甲醇合成反应在高活性的铜基催化剂作用下进行，该反应为放热反应,反应热副产低压蒸汽；反应生成气离开第一合成塔3’后经过第一合成回路中间换热器2’对欲入塔的混合气进行预热，然后进入冷却器4’进行冷却；反应生成气中的循环气和粗甲醇进入第一甲醇分离器5’进行分离。在第一甲醇分离器5’中分离出的循环气和另外部分经合成气压缩机1’增压后的新鲜合成气混合后进入循环气压缩机6’被压缩后再进入第二入塔气预热器7’中预热，然后进入第二合成塔8’，第二合成塔8’同样副产低压蒸汽，离开第二合成塔8’的反应生成气经过第二合成回路中间换热器7’预热预进入第二合成塔8’的入塔气后，进入第二冷却器9’，在第二冷却器9’中反应生成气中的循环气和粗甲醇进入第二甲醇分离器10’，在第一甲醇分离器5’和第二甲醇分离器10’中分离出的粗甲醇经过滤器后去甲醇闪蒸槽11’。在第二甲醇分离器10’中分离出的循环气的大部分与合成新鲜气混合后进入合成气压缩机1’。同时，需放出一部分弛放气以维持循环气中的甲烷和氮气等惰性气体在一定的浓度范围之内。

但是该技术本身还存在这一些不足，比如甲醇合成反应器内由于反应气在甲醇合成反应器中分布不均匀，造成其与催化剂不均匀接触进而引起甲醇产率低、催化剂浪费严重的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种粗甲醇合成系统，以解决现有技术中甲醇产率低、催化剂浪费严重的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种粗甲醇合成系统，粗甲醇合成系统包括：浆态床反应器，在浆态床反应器中反应气在催化剂作用下产生生成气；旋风分离器，与浆态床反应器之间具有生成气输送管线和催化剂回流管线；惰性溶剂回收系统，设置在浆态床反应器与旋风分离器之间的生成气输送管线的延伸管线上，且与浆态床反应器之间具有惰性溶剂回流管线；粗甲醇回收系统，与惰性溶剂回收系统相连通并处理来自惰性溶剂回收系统的生成气得到分离的粗甲醇和循环气，且粗甲醇回收系统与浆态床反应器之间具有供至少部分循环气进入浆态床反应器的进气管线。

进一步地，上述粗甲醇合成系统还包括：氢气回收系统，与粗甲醇回收系统相连通回收粗甲醇回收系统的循环气中的氢气；反应气净化系统，一端与新鲜反应气源和氢气回收系统相连通形成进气管线，另一端与浆态床反应器之间具有供净化后的新鲜反应气和氢气进入浆态床反应器的管线。

进一步地，上述浆态床反应器包括：浴池，设置在浆态床反应器的上部，浴池顶部的壳体上具有生成气出口并通过生成气出口与旋风分离器相连通；浴池中部的侧壁上具有与旋风分离器相连通的催化剂回流口和与惰性溶剂回收系统相连通的惰性溶剂回流口；浴池底部具有中间锥顶朝向下方的锥形底壁；浴池内部设置有气体分布器；气体缓冲室，设置在浴池的下方。

进一步地，上述浴池内的气体分布器包括：中心导气管，包括：进气主管，一端与连接管连通；用于喷出周向回旋气流的多个旋流喷管，一端与进气主管的周壁相通且沿进气主管的周向均匀排布，另一端为气体出口，且各旋流喷管的气体出口沿偏离进气主管的中心轴线的斜下方延伸；气体分布管组，以中心导气管为中心地设置在中心导气管的周围，具有与外界相通的通气孔；连接管，连接中心导气管和气体分布管组；气体分布器的气体分布管组固定在浴池的侧壁上，气体分布器的进气主管延伸至浴池的底壁。

进一步地，上述气体分布管组包括至少两个同心设置的环形气体分布管，连接管沿气体分布管组的径向设置且连通各环形气体分布管，通气孔分布在各环形气体分布管的管壁上，并且孔口朝向下方设置，通气孔包括：斜切孔，斜切孔的侧壁沿气体分布管组的径向由内向外均向逆时针方向或均向顺时针方向倾斜延伸；第一直孔，第一直孔的侧壁沿竖直方向延伸，第一直孔与斜切孔在各环形气体分布管上间隔排布。

进一步地，上述气体分布器还包括偶数个与连接管连通的侧导气管，侧导气管相对于中心导气管两两对称地设置在两个环形气体分布管之间的连接管上，且与中心导气管同方向延伸。

进一步地，上述连接管包括：第一连接管，沿最外侧的环形气体分布管的内径延伸，穿过气体分布管的中心将各环形气体分布管连通，中心导气管与第一连接管的中心连通；第二连接管，与第一连接管垂直，并设置在最外侧的环形气体分布管与最内侧的环形气体分布管道之间，将各环形气体分布管连通，侧导气管与第二连接管连通。

进一步地，上述惰性溶剂回收系统包括：惰性溶剂冷凝器，设置在浆态床反应器与旋风分离器之间的生成气输送管线的延伸管线上，并与旋风分离器的气体出口相连通；汽包，与惰性溶剂冷凝器之间具有循环管线。

进一步地，上述粗甲醇回收系统包括合成回路中间换热器、空冷器、甲醇分离器、循环气压缩机、冷凝器、循环气预热器、冷却介质供应装置和粗甲醇回收装置，甲醇分离器具有液态分离物出口和气态分离物出口，冷凝器具有粗甲醇出口和循环气出口，惰性溶剂冷凝器、合成回路中间换热器、空冷器与甲醇分离器依次相连通，甲醇分离器的液态分离物出口与粗甲醇回收装置连通形成粗甲醇第一回收管线；甲醇分离器的气态分离物出口与循环气压缩机相连通，循环气压缩机的气体出口与冷凝器相连通，冷凝器的粗甲醇出口与粗甲醇回收装置连通，冷凝器的循环气出口与浆态床反应器相连通且合成回路中间换热器设置在冷凝器的循环气出口与浆态床反应器之间的管线上；氢气回收系统与甲醇分离器和循环气压缩机之间的管线相连通；冷却介质供应装置分别与甲醇分离器和冷凝器相连通。

进一步地，上述粗甲醇回收系统还包括循环气预热器，设置在冷凝器的循环气出口与合成回路中间换热器之间的管线上，且循环气预热器与汽包相连通。

进一步地，上述甲醇分离器包括：凝液回收罐，液态分离物出口设置在凝液回收罐的下半部；除沫器罐，气态分离物出口设置在除沫器罐的顶部；立式冷却器，分别与空冷器和冷却介质供应装置相连通，并与除沫器罐并排设置在凝液回收罐的上方，且凝液回收罐分别与立式冷却器及除沫器罐相连通。

进一步地，上述立式冷却器为列管式冷却器，立式冷却器的列管两端分别与空冷器和凝液回收罐相连通，立式冷却器的壳程与冷却介质供应装置相连通。

进一步地，上述凝液回收罐的底部设置有排蜡口，并通过排蜡口与催化裂化系统相连通；凝液回收罐的位于液态分离物出口下方的灌壳外周设置有加热器。

进一步地，上述冷凝器包括：列管式冷凝器，循环气压缩机的气体出口与列管式冷凝器的列管相连通，冷却介质供应装置相与冷凝器的壳程相连通，集液罐，设置在列管式冷凝器的下部，与列管式冷凝器的列管相连通，粗甲醇出口设置在集液罐的底部，循环气出口设置在集液罐的上部。

进一步地，上述冷却介质供应装置包括：循环水供应装置，与立式冷却器以及列管式冷凝器的壳程相连通；冷却用空气供应装置，包括室内空气输送管线和环境空气输送管线，室内空气输送管线和环境空气输送管线分别与立式冷却器以及列管式冷凝器的壳程相连通。

进一步地，上述反应气净化系统包括：新鲜合成气压缩机，通过气体进口与氢气回收系统和新鲜反应气源相连通；反应气净化槽，一端与新鲜合成气压缩机的气体出口相连通，另一端与浆态床反应器相连通。

本发明的粗甲醇合成系统采用浆态床反应器作为催化剂催化反应气反应的装置，反应气与催化剂在惰性溶剂的作用下接触面积增大，进而增高反应效率，提高甲醇产率；而且惰性溶剂在浆态床反应器、旋风分离器和惰性溶剂回收系统循环不仅可以带走浆态床反应器中的部分热量而且循环利用同时节约粗甲醇合成成本；在浆态床反应器之后设置的旋风分离器不仅可以将催化剂与生成气分离而且可以将分离出来的降温后的催化剂输送回浆态床反应器，在该过程中回收了催化剂避免催化剂随生成气进入后续装置造成催化剂浪费以及对装置的堵塞。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中DAVY公司的甲醇合成反应器的结构示意图；

图2示出了现有技术中DAVY公司的甲醇合成系统的结构示意图；

图3示出了根据本发明一种实施例的粗甲醇合成系统的示意图；

图4示出了根据本发明一种优选实施例的气体分布器的剖视图，图中示出了浆态床反应器；

图5示出了图4所示的气体分布器的Q₁-Q₁向视图；

图6示出了图4所示的气体分布器的Q₂-Q₂向视图；

图7示出了图4所示的气体分布器的Q₄-Q₄向视图；

图8示出了根据本发明一种优选实施例的甲醇分离器的剖视结构示意图；

图9示出了图8所示的甲醇分离器的俯视结构示意图；以及

图10示出了根据本发明一种优选实施例的冷凝器的剖视结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图3所示，在本发明一种典型的实施例中，提供了一种粗甲醇合成系统，该粗甲醇合成系统包括浆态床反应器1、旋风分离器10、惰性溶剂回收系统和粗甲醇回收系统，浆态床反应器1在浆态床反应器1中反应气在催化剂作用下产生生成气；旋风分离器10与浆态床反应器1之间具有生成气输送管线和催化剂回流管线；惰性溶剂回收系统设置在浆态床反应器1与旋风分离器10之间的生成气输送管线的延伸管线上，且与浆态床反应器1之间具有惰性溶剂回流管线；粗甲醇回收系统与惰性溶剂回收系统相连通并处理来自惰性溶剂回收系统的生成气得到分离的粗甲醇和循环气，且粗甲醇回收系统与浆态床反应器1之间具有供部分循环气进入浆态床反应器1的管线。

如图3所示的粗甲醇合成系统，在浆态床反应器1中，新鲜反应气、氢气和循环气在催化剂的作用下发生反应生成生成气，生成气进入旋风分离器10后其中夹带的催化剂颗粒被分离出来然后返回浆态床反应器1中继续进行反应；其余的气态物质继续经生成气输送管线输送到惰性溶剂回收系统，并在惰性溶剂回收系统中惰性溶剂进一步与气态的生成气分离并返回浆态床反应器1中；生成气经惰性溶剂回收系统后进入粗甲醇回收系统，在粗甲醇回收系统中经处理得到分离的粗甲醇和循环气，并进行下部的处理或收集或利用。

上述粗甲醇合成系统采用浆态床反应器1作为催化剂催化反应气反应的装置，反应气与催化剂在惰性溶剂的作用下接触面积增大，进而反应效率增高；而且惰性溶剂在浆态床反应器1、旋风分离器10和惰性溶剂回收系统循环不仅可以带走浆态床反应器1中的部分热量而且循环利用同时节约粗甲醇合成成本；在浆态床反应器1之后设置的旋风分离器10不仅可以将催化剂与生成气分离而且可以将分离出来的降温后的催化剂输送回浆态床反应器1，在该过程中回收了催化剂避免催化剂随生成气进入后续装置造成催化剂浪费以及对装置的堵塞。

如图3所示，上述粗甲醇合成系统还包括氢气回收系统和反应气净化系统，氢气回收系统与粗甲醇回收系统相连通回收粗甲醇回收系统的循环气中的氢气；反应气净化系统一端与新鲜反应气源和氢气回收系统相连通形成进气管线，另一端与浆态床反应器1之间具有供净化后的新鲜反应气和氢气进入浆态床反应器1的管线。

在粗甲醇合成过程中为了避免催化剂中毒，对进入浆态床反应器1的反应气进行净化处理去除使催化剂中毒的杂质；而且，反应气（CO+H₂）在浆态床反应器1中并不是完全转化，未反应的CO、H₂及少量惰性气体（N₂、Ar、CH₄）随生成气进入粗甲醇回收系统进行处理后成为循环气，该循环气将与新鲜反应气和氢气回收系统中的氢气汇总后再次进入浆态床反应器1进行反应。在一种优选的实施例中，为了减少反应气中的惰性组分，从循环气分出一股气作为驰放气外排出甲醇合成系统，为了增加反应气的利用率并节约成本，将这股驰放气送入氢气回收系统，采用氢气回收系统回收粗甲醇回收系统的驰放气中的氢气。

如图4所示，在本发明一种优选的实施例中浆态床反应器1包括浴池100和气体缓冲室200，浴池100设置在浆态床反应器1的上部，浴池100顶部的壳体上具有生成气出口并通过生成气出口与旋风分离器10相连通；浴池100中部的侧壁102上具有与旋风分离器10相连通的催化剂回流口和与惰性溶剂回收系统相连通的惰性溶剂回流口；浴池100底部具有中间锥顶朝向下方的锥形底壁；浴池100内部设置有气体分布器；气体缓冲室200设置在浴池100的下方。

在如图4所示的浆态床反应器1内设置浴池100和气体缓冲室200，将反应气和生成气分开，有利于提高反应气在催化剂的作用下的反应效率；并在浴池100内设置气体分布器有利于反应气在浴池内的均匀分布，进一步增大了反应气与催化剂的接触面积，有利于增大甲醇产率。

如图4、图5和图7所示，浴池100内的气体分布器包括中心导气管280、气体分布管组620和连接管630，中心导气管280包括进气主管281和用于喷出周向回旋气流的多个旋流喷管282，进气主管281的一端与连接管630连通；旋流喷管282的一端与进气主管281的周壁相通且沿进气主管281的周向均匀排布，另一端为气体出口，且各旋流喷管282的气体出口沿偏离进气主管281的中心轴线的斜下方延伸，气体分布管组620以中心导气管280为中心地设置在中心导气管280的周围，具有与外界相通的通气孔650；连接管630连接中心导气管280和气体分布管组620；气体分布器的气体分布管组620固定在浴池100的侧壁102上，气体分布器的进气主管281延伸至浴池100的底壁103。

具有上述结构的浆态床反应器1，反应气由中心导气管280进入该气体分布器的气体分布管组620内，并通过通气孔650向下扩散，从而实现了气体在设置有气体分布器的空间内均匀分布的效果；当反应气向下扩散至浴池100的底壁时，反应气减速至零反向上升，反应气的这种往返流动以及在流动过程中的相互作用使反应气在工作装置得到均匀分散；而且，在中心导气管280的进气主管281上设置的旋流喷管282使反应气在经过进气主管281时一部分通过该旋流喷管282喷出，利用反应气喷出的气压使气流上升，进一步优化了气体分布的效果。反应气在浆态床反应器1中的分布效果越好，越有利于催化剂对反应气的催化作用，越有利于提高甲醇的产率。旋流喷管282可以设置在进气主管281的同一截面上周向排布，也可以以螺旋状周向排布在进气主管281上。

如图5和图6所示，上述气体分布器的气体分布管组620包括至少两个同心设置的环形气体分布管622，623，624，连接管630沿气体分布管组620的径向设置且连通各环形气体分布管622，623，624，通气孔650分布在各环形气体分布管622，623，624的管壁上，并且孔口朝向下方设置，通气孔650包括在水平面上的投影为平行四边形的斜切孔652和在水平面上的投影为圆形的第一直孔651，斜切孔652的侧壁沿气体分布管组620的径向由内向外均向逆时针方向或均向顺时针方向倾斜延伸；第一直孔651的侧壁沿竖直方向延伸，第一直孔651与斜切孔652在各环形气体分布管622，623，624上间隔排布。

由中心导气管280进入的气体通过连接管630分散到各环形气体分布管622，623，624中，然后再由各环形气体分布管622，623，624上的通气孔650分散到环形气体分布管622，623，624的周围，实现将气体分布到气体分布器的周围的各个部位；当气体通过斜切孔652时，气体可以向气体分布管组620未覆盖的区域进行扩散与回流，从而改善了气体在整个工作装置的各个部位的分布；第一直孔651与斜切孔652间隔排布在环形气体分布管622，623，624上，可以将环形气体分布管622，623，624上中的气体分散到其能够覆盖的区域以及管间未能覆盖的区域，进一步改善了气体的分布。

如图5和图6所示，上述气体分布器还包括偶数个与连接管630连通的侧导气管380，侧导气管380相对于中心导气管280两两对称地设置在两个环形气体分布管622，623，624之间的连接管630上，且与中心导气管280同方向延伸。采用中心导气管280和侧导气管380同时向气体分布器进气，使反应气以更均匀的方式进入气体分布管组620内，从而使各环形气体分布管接受均匀的进气方式从而提供均匀的气体分布方式。

如图5和图6所示，上述气体分布器连接管630包括第一连接管631和第二连接管632，第一连接管631沿最外侧的环形气体分布管623的内径延伸，穿过气体分布管622，623，624的中心将各环形气体分布管622，623，624连通，中心导气管280与第一连接管631的中心连通；第二连接管632与第一连接管631垂直，并设置在最外侧的环形气体分布管道623与最内侧的环形气体分布管道622之间，将各环形气体分布管622，623，624连通，侧导气管380与第二连接管632连通。

在气体分布器内设置相互垂直的第一连接管631和第二连接管632，使得气体分布管组620中的气体在各个环形气体分布管622，623，624之间的流动更顺畅；而且，在第一连接管631上设置与其连通的中心导气管280，在第二连接管632上设置与其连接的侧导气管380，从不同的导气管道向气体分布管组620同时供气，使得气体充分均匀地分布在整个气体分布管组620的各个部位，为进一步从通气孔650扩散提供良好的气体分布基础。

如图3所示，上述的粗甲醇合成系统惰性溶剂回收系统包括惰性溶剂冷凝器2和汽包3，惰性溶剂冷凝器2设置在浆态床反应器1与旋风分离器10之间的生成气输送管线的延伸管线上，并与旋风分离器10的气体出口相连通；汽包3与惰性溶剂冷凝器2之间具有循环管线；该循环管线上连接有惰性溶剂补充管线；当浆态床反应器1液位下降显示惰性溶剂减少时，从惰性溶剂补充管线补充新的惰性溶剂进入浆态床反应器1。

采用惰性溶剂回收系统将经惰性溶剂冷凝器2处理过的生成气冷却至100~140℃，使反应气中夹带的惰性溶剂冷却凝结并返回浆态床反应器1，实现了惰性溶剂的重复利用，节约了粗甲醇合成成本；在将反应气冷却的过程中采用来自汽包3中的锅炉给水与反应气进行热交换，来自汽包3中的锅炉给水吸热变成蒸汽返回汽包3，副产蒸汽再进入蒸汽管网使得这部分热能进一步回收利用，同时锅炉给水补入汽包3中以保持汽包的物料和温度的平衡。锅炉给水吸热变成副产蒸汽将浆态床反应器1中得到的反应生成气和惰性溶剂的部分热量带出，当降温冷凝后的惰性溶剂返回浆态床反应器1后能够吸收部分反应热，从而将反应器内的反应温度维持在正常的范围，避免反应温度飙升。在浆态床反应器1内的反应温度通过上述循环吸热可以稳定在一定的范围内，从而进一步提高了反应效率，提高甲醇产率。

如图3所示，上述的粗甲醇回收系统包括合成回路中间换热器12、空冷器4、甲醇分离器5、循环气压缩机6、冷凝器7、循环气预热器11、冷却介质供应装置和粗甲醇回收装置，甲醇分离器5具有液态分离物出口和气态分离物出口，冷凝器7具有粗甲醇出口和循环气出口，惰性溶剂冷凝器2、合成回路中间换热器12、空冷器4与甲醇分离器5依次相连通，甲醇分离器5的液态分离物出口与粗甲醇回收装置连通形成粗甲醇第一回收管线；甲醇分离器5通过气态分离物出口与循环气压缩机6相连通，循环气压缩机6的气体出口与冷凝器7相连通，冷凝器7的粗甲醇出口与粗甲醇回收装置连通，冷凝器7的循环气出口与浆态床反应器1相连通且循环气预热器11和合成回路中间换热器12依次设置在冷凝器7的循环气出口与浆态床反应器1之间的管线上；甲醇分离器5的气态分离物出口与氢气回收系统相连通；冷却介质供应装置分别与甲醇分离器5和冷凝器7相连通。

生成气经惰性溶剂回收系统回收惰性溶剂后，首先进入合成回路中间换热器12与即将进入浆态床反应器1的反应气进行换热降温、降温后进入空冷器4冷却至50~80℃，然后50~80℃的生成气进入甲醇分离器5进一步冷却至45℃左右，其中部分甲醇和蜡质被冷凝下来，冷凝出的甲醇进入粗甲醇回收装置进行回收，蜡质定期外排；未被冷凝的甲醇和气体依次进入循环气压缩机6加压到7～10MPa左右且温度升至60~95℃后进入冷凝器7中进行进一步的冷却，温度降至35~75℃左右，冷凝下来的粗甲醇被输送至粗甲醇回收装置，其余的作为循环气返回浆态床反应器1进行反应；未被冷凝的甲醇和气体在进入循环气压缩机6之前部分气体进入氢气回收系统进行氢气的回收；甲醇分离器5和冷凝器7的冷却介质来源于冷却介质供应装置。

对生成气进行两次冷凝进一步提高了粗甲醇的回收率，而且在甲醇分离器5中将蜡质冷凝下来避免了蜡质对下游装置中因为冷凝而堵塞管路，同时，采用冷凝器7将甲醇分离器5中未分离出的甲醇除去，降低了返回浆态床反应器1的循环气中的甲醇含量，有利于减少在甲醇合成过程中蜡质的生成也有利于保持甲醇产量的稳定。

如图3所示，粗甲醇回收系统还包括循环气预热器11，设置在冷凝器7的循环气出口与合成回路中间换热器12之间的管线上，且循环气预热器11与汽包3相连通。循环气由冷凝器7的循环气出口流出后经过循环气预热器11进行初次换热吸收热量后，沿着管线继续流动，当流到合成回路中间换热器12时进行第二次换热进一步地吸收热量，然后沿管线继续流动至浆态床反应器1。在循环气的流动过程中，在冷凝器7的循环气出口设置的循环气预热器11采用来自汽包的副产蒸汽给从冷凝器7出来的循环气预热，在循环气预热器11中与循环气进行热交换的是来自汽包3中的副产蒸汽，热交换后蒸汽凝液可回收，利用由惰性溶剂回收系统来的生成气在合成回路中间换热器12中与循环气进行再次的热交换，使系统的热量得到合理的利用，而且避免了过低温度的循环气返回浆态床反应器1时导致反应温度过低造成过多蜡质的生成。

如图8和图9所示，粗甲醇回收系统的甲醇分离器5包括凝液回收罐510、除沫器罐530和立式冷却器520，液态分离物出口设置在凝液回收罐510的下半部；除沫器罐530气态分离物出口设置在除沫器罐530的顶部；立式冷却器520分别与空冷器4和冷却介质供应装置相连通，并与除沫器罐530并排设置在凝液回收罐510的上方，且凝液回收罐510分别与立式冷却器520及除沫器罐530相连通。

利用上述甲醇分离器5分离生成气时，生成气自上而下进入立式冷却器520的管程与壳程中的冷却介质换热冷却，生成气冷却产生的凝液落入凝液回收罐510内，不凝气则进入凝液回收罐510上部，再向上折流通过除沫器罐530上部出口离开甲醇分离器5。其中，冷却器采用立式结构，高压高速的反应生成气可将冷凝下来的蜡质吹落到凝液回收罐510中，减少蜡冷凝后附着在立式冷却器520管程管壁上，从而大大地减轻蜡质对换热效果的影响；对于立式冷却器520与除沫器罐530并排设置在凝液回收罐的顶部结构形式，不凝气向上折流通过除沫器罐530上部出口离开甲醇分离器5时，绝大多数凝液因重力而落入凝液回收罐510内，大部分凝液获得有效分离；而对于现有技术中立式冷却器与凝液回收罐采用上下组合的结构形式，气相出口设置在立式冷却器下方凝液回收罐上部侧壁上，这种结构形式，部分凝液和蜡质往往还来不及落下就被气相吹出凝液回收罐了，气相携带液滴严重，不凝气和液滴不能有效分离。

上述甲醇分离器5的除沫器罐530用于去除反应生成气中携带的液滴。采用该甲醇分离器5可以将反应生成气中的蜡质分离出去，避免了传统除蜡方法中使蜡质到下游装置后，一旦温度降低，粗甲醇中的蜡就会冷凝出来，影响到下游装置的正常生产。现有技术中，立式冷却器与凝液回收罐采用上下组合的结构形式，这种结构形式，部分凝液和蜡质往往还来不及落下就被气相吹出凝液回收罐了，气相依然携带较多液滴；本发明的这种立式冷却器520与除沫器罐530并排设置在凝液回收罐510的顶部的结构形式，使得气相携带凝液及蜡质进入下游设备的量大大减少，气流通过除沫器罐530除沫器，携带的液滴被除沫器进一步去除，气相携带凝液量进一步减少。如图8和图9所示，优选上述甲醇分离器5的立式冷却器520为列管式冷却器，立式冷却器520的列管两端分别与空冷器4和凝液回收罐510相连通，立式冷却器520的壳程与冷却介质供应装置相连通。通过在壳程中运行的冷却介质与在列管中运行的生成气进行热交换实现对生成气的冷却凝结出粗甲醇和蜡质。

如图8所示，凝液回收罐510的底部设置有排蜡口，并通过排蜡口与催化裂化系统相连通；凝液回收罐510的位于液态分离物出口下方的灌壳外周设置有加热器512。在凝液回收罐510的底部设置排蜡口，定期将蜡质排出系统，而且为了避免蜡质在凝液回收罐510底部的附着在底部的外周设置加热器512，优选电磁加热器或微波加热器，当蜡质凝固，不易排出时，采用加热器加热使蜡质融化，有利于蜡质的排出。排出的蜡质可以输送到催化裂化系统得到更多的化学产品。

如图10所示，粗甲醇回收系统的冷凝器7包括列管式冷凝器710和集液罐720，循环气压缩机6的气体出口与列管式冷凝器710的列管相连通，冷却介质供应装置相与冷凝器7的壳程相连通，集液罐720设置在列管式冷凝器710的下部，与列管式冷凝器710的列管相连通，粗甲醇出口设置在集液罐720的底部，循环气出口设置在集液罐720的上部。冷凝后得到的粗甲醇收集在集液罐720内，循环气进入集液罐720内然后由设置在集液罐720上部的循环气出口逸出集液罐720，进行循环利用。

如图3所示，粗甲醇回收系统的冷却介质供应装置包括循环水供应装置和冷却用空气供应装置，循环水供应装置与立式冷却器520以及列管式冷凝器710的壳程相连通；冷却用空气供应装置包括室内空气输送管线和环境空气输送管线，室内空气输送管线和环境空气输送管线分别与立式冷却器520以及列管式冷凝器710的壳程相连通。

粗甲醇合成系统所需的冷却介质的量很大，目前一般采用循环水进行冷却，本发明在采用循环水的同时以空气作为冷却介质，进一步降低了冷却介质的成本。而且，如果粗甲醇回收系统的工作车间内温度较甲醇合成系统的温度低且相差较大，可以采用室内空气作为冷却介质并采用室内空气输送管线输送；当室内空气不能满足要求时，可以采用环境空气作为冷却介质并采用环境空气输送管线输送；也可将室内空气和环境空气两者混合气作为冷却介质，调节室内空气和环境空气流量获得符合生产需要的冷却介质，如：在北方地区冬季气温较低，直接用寒冷的室外环境空气，温度过低，可能造成设备的损坏，通过与室内空气的混合来获得事宜温度的冷却空气。室内空气和环境空气在使用时优选首先经过空气过滤器过滤去尘埃和部分水，然后由设置在管线上的鼓风机输送；室内空气输送管线和环境空气输送管线上均设有调节阀，可通过调节两者的流量来调整冷却用空气温度。此外，循环水和空气的用量可以根据实际需求采用控制阀进行调节。

如图3所示，粗甲醇回收系统的反应气净化系统包括新鲜合成气压缩机8和反应气净化槽9，新鲜合成气压缩机8通过气体进口与氢气回收系统和新鲜反应气源相连通；反应气净化槽9一端与新鲜合成气压缩机8的气体出口相连通，另一端与浆态床反应器1相连通。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种粗甲醇合成系统，其特征在于，所述粗甲醇合成系统包括：

浆态床反应器（1），在所述浆态床反应器（1）中反应气在催化剂作用下产生生成气；旋风分离器（10），与所述浆态床反应器（1）之间具有生成气输送管线和催化剂回流管线；

惰性溶剂回收系统，设置在所述浆态床反应器（1）与所述旋风分离器（10）之间的生成气输送管线的延伸管线上，且与所述浆态床反应器（1）之间具有惰性溶剂回流管线；粗甲醇回收系统，与所述惰性溶剂回收系统相连通并处理来自所述惰性溶剂回收系统的生成气得到分离的粗甲醇和循环气，且所述粗甲醇回收系统与所述浆态床反应器（1）之间具有供至少部分所述循环气进入所述浆态床反应器（1）的进气管线。

2.根据权利要求1所述的粗甲醇合成系统，其特征在于，所述粗甲醇合成系统还包括：氢气回收系统，与所述粗甲醇回收系统相连通回收所述粗甲醇回收系统的循环气中的氢气；

反应气净化系统，一端与新鲜反应气源和所述氢气回收系统相连通形成进气管线，另一端与所述浆态床反应器（1）之间具有供净化后的新鲜反应气和氢气进入所述浆态床反应器（1）的管线。

3.根据权利要求1所述的粗甲醇合成系统，其特征在于，所述浆态床反应器（1）包括：浴池（100），设置在所述浆态床反应器（1）的上部，

所述浴池（100）顶部的壳体上具有生成气出口并通过所述生成气出口与所述旋风分离器（10）相连通；

所述浴池（100）中部的侧壁（102）上具有与所述旋风分离器（10）相连通的催化剂回流口和与所述惰性溶剂回收系统相连通的惰性溶剂回流口；所述浴池（100）底部具有中间锥顶朝向下方的锥形底壁；

所述浴池（100）内部设置有气体分布器；

气体缓冲室（200），设置在所述浴池（100）的下方。

4.根据权利要求2所述的粗甲醇合成系统，其特征在于，所述浴池（100）内的气体分布器包括：

中心导气管（280），包括：

进气主管（281），一端与连接管（630）连通；用于喷出周向回旋气流的多个旋流喷管（282），一端与所述进气主管（281）的周壁相通且沿所述进气主管（281）的周向均匀排布，另一端为气体出口，且各所述旋流喷管（282）的气体出口沿偏离所述进气主管（281）的中心轴线的斜下方延伸；气体分布管组（620），以所述中心导气管（280）为中心地设置在所述中心导气管（280）的周围，具有与外界相通的通气孔（650）；

连接管（630），连接所述中心导气管（280）和气体分布管组（620）；

所述气体分布器的气体分布管组（620）固定在所述浴池（100）的侧壁（102）上，

所述气体分布器的进气主管（281）延伸至所述浴池（100）的底壁（103）。

5.根据权利要求3所述的粗甲醇合成系统，其特征在于，

所述气体分布管组（620）包括至少两个同心设置的环形气体分布管（622，623，624），

所述连接管（630）沿所述气体分布管组（620）的径向设置且连通各所述环形气体分布管（622，623，624），所述通气孔（650）分布在各所述环形气体分布管（622，623，624）的管壁上，并且孔口朝向下方设置，

所述通气孔（650）包括：

斜切孔（652），所述斜切孔（652）的侧壁沿所述气体分布管组（620）的径向由内向外均向逆时针方向或均向顺时针方向倾斜延伸；

第一直孔（651），所述第一直孔（651）的侧壁沿竖直方向延伸，所述第一直孔（651）与所述斜切孔（652）在各所述环形气体分布管（622，623，624）上间隔排布。

6.根据权利要求5所述的粗甲醇合成系统，其特征在于，所述气体分布器还包括偶数个与所述连接管（630）连通的侧导气管（380），所述侧导气管（380）相对于所述中心导气管（280）两两对称地设置在两个所述环形气体分布管（622，623，624）之间的所述连接管（630）上，且与所述中心导气管（280）同方向延伸。

7.根据权利要求5所述的粗甲醇合成系统，其特征在于，所述连接管（630）包括：第一连接管（631），沿最外侧的环形气体分布管（623）的内径延伸，穿过所述气体分布管（622，623，624）的中心将各所述环形气体分布管（622，623，624）连通，所述中心导气管（280）与所述第一连接管（631）的中心连通；

第二连接管（632），与所述第一连接管（631）垂直，并设置在最外侧的环形气体分布管（623）与最内侧的环形气体分布管道（622）之间，将各所述环形气体分布管（622，623，624）连通，所述侧导气管（380）与所述第二连接管（632）连通。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的粗甲醇合成系统，其特征在于，所述惰性溶剂回收系统包括：

惰性溶剂冷凝器（2），设置在所述浆态床反应器（1）与所述旋风分离器（10）之间的生成气输送管线的延伸管线上，并与所述旋风分离器（10）的气体出口相连通；汽包（3），与所述惰性溶剂冷凝器（2）之间具有循环管线。

9.根据权利要求8所述的粗甲醇合成系统，其特征在于，所述粗甲醇回收系统包括合成回路中间换热器（12）、空冷器（4）、甲醇分离器（5）、循环气压缩机（6）、冷凝器（7）、循环气预热器（11）、冷却介质供应装置和粗甲醇回收装置，所述甲醇分离器（5）具有液态分离物出口和气态分离物出口，所述冷凝器（7）具有粗甲醇出口和循环气出口，

所述惰性溶剂冷凝器（2）、所述合成回路中间换热器（12）、所述空冷器（4）与所述甲醇分离器（5）依次相连通，所述甲醇分离器（5）的所述液态分离物出口与所述粗甲醇回收装置连通形成粗甲醇第一回收管线；

所述甲醇分离器（5）的所述气态分离物出口与所述循环气压缩机（6）相连通，所述循环气压缩机（6）的气体出口与所述冷凝器（7）相连通，所述冷凝器（7）的粗甲醇出口与所述粗甲醇回收装置连通，所述冷凝器（7）的循环气出口与所述浆态床反应器（1）相连通且所述合成回路中间换热器（12）设置在所述冷凝器（7）的循环气出口与所述浆态床反应器（1）之间的管线上；

所述氢气回收系统与所述甲醇分离器（5）和所述循环气压缩机（6）之间的管线相连通；

所述冷却介质供应装置分别与所述甲醇分离器（5）和所述冷凝器（7）相连通。

10.根据权利要求9所述的粗甲醇合成系统，其特征在于，所述粗甲醇回收系统还包括循环气预热器（11），设置在所述冷凝器（7）的循环气出口与所述合成回路中间换热器（12）之间的管线上，且所述循环气预热器（11）与所述汽包（3）相连通。

11.根据权利要求9所述的粗甲醇合成系统，其特征在于，所述甲醇分离器（5）包括：

凝液回收罐（510），所述液态分离物出口设置在所述凝液回收罐（510）的下半部；

除沫器罐（530），所述气态分离物出口设置在所述除沫器罐（530）的顶部；

立式冷却器（520），分别与所述空冷器（4）和所述冷却介质供应装置相连通，并与所述除沫器罐（530）并排设置在所述凝液回收罐（510）的上方，且所述凝液回收罐（510）分别与所述立式冷却器（520）及所述除沫器罐（530）相连通。

12.根据权利要求11所述的粗甲醇合成系统，其特征在于，所述立式冷却器（520）为列管式冷却器，所述立式冷却器（520）的列管两端分别与所述空冷器（4）和所述凝液回收罐（510）相连通，所述立式冷却器（520）的壳程与所述冷却介质供应装置相连通。

13.根据权利要求11所述的粗甲醇合成系统，其特征在于，所述凝液回收罐（510）的底部设置有排蜡口，并通过所述排蜡口与催化裂化系统相连通；所述凝液回收罐（510）的位于所述液态分离物出口下方的灌壳外周设置有加热器（512）。

14.根据权利要求11所述的粗甲醇合成系统，其特征在于，所述冷凝器（7）包括：

列管式冷凝器（710），所述循环气压缩机（6）的气体出口与所述列管式冷凝器（710）的列管相连通，所述冷却介质供应装置相与所述冷凝器（7）的壳程相连通，集液罐（720），设置在所述列管式冷凝器（710）的下部，与所述列管式冷凝器（710）的列管相连通，所述粗甲醇出口设置在所述集液罐（720）的底部，所述循环气出口设置在所述集液罐（720）的上部。

15.根据权利要求14所述的粗甲醇合成系统，其特征在于，所述冷却介质供应装置包括：

循环水供应装置，与所述立式冷却器（520）以及所述列管式冷凝器（710）的壳程相连通；

冷却用空气供应装置，包括室内空气输送管线和环境空气输送管线，所述室内空气输送管线和所述环境空气输送管线分别与所述立式冷却器（520）以及所述列管式冷凝器（710）的壳程相连通。

16.根据权利要求11所述的粗甲醇合成系统，其特征在于，所述反应气净化系统包括：

新鲜合成气压缩机（8），通过气体进口与所述氢气回收系统和新鲜反应气源相连通；

反应气净化槽（9），一端与所述新鲜合成气压缩机（8）的气体出口相连通，另一端与所述浆态床反应器（1）相连通。

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